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關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土;框架;剪力墻;結(jié)構(gòu)設(shè)計
一、鋼框架-混凝土剪力墻體系
(一)組成及分類
鋼框架-混凝土剪力墻體系是以鋼框架為主體,并配置一定數(shù)量的鋼筋混凝土或型鋼混凝土剪力墻。由于剪力墻可以根據(jù)需要布置在任何位置上,布置靈活。另外剪力墻可以分開布置,兩片以上剪力墻并聯(lián)體較寬,從而可減少抗側(cè)力體系的等效高寬比值,提高結(jié)構(gòu)的抗推剛度和抗傾覆能力。鋼筋混凝土剪力墻又現(xiàn)澆和預(yù)制兩種。
(二)變形
1、鋼框架-預(yù)制鋼筋混凝土墻的變形
鋼框架-預(yù)制鋼筋混凝土墻體系是以鋼框架為主體,建筑的豎向荷載全部由鋼框架來承擔(dān),水平荷載引起的剪力主要由鋼筋混凝土墻板來承擔(dān),水平荷載引起的傾覆力矩主要由鋼框架和鋼筋混凝土墻板所形成的聯(lián)合體來承擔(dān)。由于框架間設(shè)置了混凝土墻板,結(jié)構(gòu)的抗推剛度和受剪承載力都得到顯著提高,地震作用的層間位移也就顯著減小。這種結(jié)構(gòu)體系可以用于地震區(qū)較多層數(shù)的樓房。
2、鋼框架-現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻的變形
“鋼框架-現(xiàn)澆混凝土墻”體系是由現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻和鋼框架所組成,一般應(yīng)沿房屋的縱向和橫向,均應(yīng)布置鋼筋混凝土墻體。縱、橫墻的數(shù)量應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度和樓房層數(shù)多少由計算確定,縱墻和橫墻可分開布置,也可連成一體,現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻體水平截面的形狀可以是一字型、L型、工資型。
二、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項
1、對剪力墻結(jié)構(gòu),《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》都有一些規(guī)定,高規(guī)的內(nèi)容要多一些,且有關(guān)于短肢剪力墻的規(guī)定(7.1.2條共8款)。一般剪力墻為hw(墻肢截面高度,個人認(rèn)為此應(yīng)稱為“墻肢長度”,與高規(guī)表7.2.16注1及抗震設(shè)計規(guī)范6.4.9條與表6.4.7注4、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范表11.7.15注4統(tǒng)一)/bw(墻肢截面厚度)>8,墻肢截面高度不宜大于8m,較長的剪力墻宜開設(shè)洞口(即所謂結(jié)構(gòu)洞)(高規(guī)7.1.5條)。短肢剪力墻hw/bw=5(認(rèn)為按老習(xí)慣取4較合理)~8,抗震等級應(yīng)提高一級。hw/bw<5(認(rèn)為按老習(xí)慣取4較合理),即為異形柱。L形、十字形剪力墻等,只要其中的一肢達(dá)到一般剪力墻的要求,則不應(yīng)認(rèn)為是短肢剪力墻。
2、高規(guī)7.1.1條規(guī)定“剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不宜過大”,如果采用全剪力墻結(jié)構(gòu),即除門窗洞外均為剪力墻,無一片后砌的填充墻,第一周期只有1.02秒,側(cè)向剛度過大,使地震作用過大,不經(jīng)濟(jì),不合理。
3、關(guān)于底層剪力墻的厚度:高規(guī)7.1.2條規(guī)定“高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)”,當(dāng)短肢剪力墻較多時,其第2款規(guī)定“抗震設(shè)計時,筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不宜小于總底部地震傾覆力矩的50%”。SATWE程序在計算時,是將各個墻肢的高厚比進(jìn)行單獨計算,凡hw/bw=5~8,即歸入短肢剪力墻,這樣算得的短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩就可能容易大于50%。而TAT程序在計算時,是將L形等剪力墻等只要其中的一肢達(dá)到一般剪力墻的要求,則不歸入短肢剪力墻,在相同的結(jié)構(gòu)中,這樣算得的短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩就有可能不大于50%,建議宜按TAT計算該項指標(biāo)。
4、在短肢剪力墻較多的剪力墻結(jié)構(gòu)中,多數(shù)設(shè)計人員將較短的墻段都畫為約束邊緣構(gòu)件或構(gòu)造邊緣構(gòu)件,將計算需要的縱向鋼筋均勻配置在整個墻段內(nèi),這是不妥的,因為配置在墻肢中和軸附近的鋼筋并不能發(fā)揮作用,因此縱向鋼筋應(yīng)向墻肢端部集中,宜打印剪力墻邊緣構(gòu)件配筋計算結(jié)果復(fù)核。抗震設(shè)計規(guī)范6.4.9條規(guī)定:“抗震墻的墻肢長度不大于墻厚的3倍時,應(yīng)按柱的要求進(jìn)行設(shè)計,箍筋應(yīng)沿全高加密”,SATWE等程序在計算時也是照此條規(guī)定辦理。如墻厚為200mm,墻肢長度600~800mm,雖然墻肢長度達(dá)到墻厚的3~4倍,認(rèn)為仍宜按柱配筋。
三、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項
1、剪力墻應(yīng)有邊框:邊框梁(或暗梁)、邊框柱(抗震設(shè)計規(guī)范6.5.1條,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范11.7.17條,高規(guī)8.2.2條)。不能只設(shè)幾段剪力墻,就成框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系了。
2、剪力墻承擔(dān)的地震傾覆彎矩應(yīng)≥50%,否則應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)查抗震等級,其最大適用高度只可比框架結(jié)構(gòu)適當(dāng)增加(抗震設(shè)計規(guī)范6.1.3條1款)。
3、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)中不應(yīng)采用短肢剪力墻。
參考文獻(xiàn):
[1]鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)范(JGJ3-91).
關(guān)鍵詞: 框架剪力墻; 高層建筑
Abstract: this article from the frame shear wall structure with the basic concept of design, this paper analyzes the frame shear wall in the design process of the need to control a few parameters, and through the application of PKPM, combined the high-rise building reinforced concrete structure technical regulation JGJ3-2002 (hereinafter referred to as the "high rules") and the code for seismic design of building GB50011-2010 (hereinafter referred to as the "resistance rules") of the related provisions of the proposed some attention points.
Keywords: frame shear wall; High-rise building
中圖分類號:[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
一 、前言
隨著我國城市化的快速發(fā)展,城市空間日益緊張,對高層建筑的需求越發(fā)明顯。高層體系一般分為框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)等多種體系。其中框架剪力墻結(jié)構(gòu)就是集框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點于一身,取長補短,即有框架結(jié)構(gòu)建筑布置靈活,空間分隔容易使用靈活;又利用了剪力墻抗側(cè)剛度較大,在水平力作用下側(cè)向變形較小的優(yōu)點。因此這種結(jié)構(gòu)體系同時具有框架、剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,是一種適用性很廣的結(jié)構(gòu)形式。
二 、框架剪力墻結(jié)構(gòu)布置原則
框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)布置除應(yīng)符合《高規(guī)》、《抗規(guī)》及其各自的相關(guān)規(guī)則外,框架柱和剪力墻的布置還應(yīng)注意滿足以下幾個要求:
(1)框架剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的布置一般按照“均勻 、對稱 、分散 、周邊”的原則布置 。
(2)框架剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成雙向抗側(cè)力體系,抗震設(shè)計時結(jié)構(gòu)兩主軸方向均應(yīng)布置剪力墻。
(3)剪力墻宜貫通建筑物全高,沿高度墻的厚度宜逐漸減薄,避免剛度突變 。
三 、工程概況
某工程位于上海市浦東新區(qū),東北鄰近唐陸路、西北緊靠新金橋路,總建筑面積約為30萬 m2,包括10棟高層,其中E1,E2,A1,A2為12層,B1,B3為10層,B2,C1,C2為11層,兩層地下室及裙房兩層(地下二層部分為人防區(qū),設(shè)計圖紙由其他設(shè)計單位完成),高層的結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。E3為一層局部三層的框架結(jié)構(gòu),±0.000以下連成整體,中間為下沉式廣場,框架的抗震等級三級,剪力墻抗震等級二級;所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度;設(shè)計基本地震加速度為0.10g;設(shè)計地震分組為第一組;場地土類別為Ⅳ類;特征周期: Tg =0.9S; 50年一遇的基本風(fēng)壓值取0.55kN /m2;地面粗糙度類別為B類;風(fēng)載體型系數(shù)1.3。本文僅以E1辦公樓為例,下圖為E1框架-剪力墻標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置圖:
從結(jié)構(gòu)平面布置中可以看出結(jié)構(gòu)的的核心筒偏向一邊,這對于結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)來說非常不利,所以我們可以在不影響建筑使用空間的前提下,在核心筒較遠(yuǎn)出布置一些墻肢,同時增大周邊梁的剛度來解決由核心筒偏向一邊而引起的扭轉(zhuǎn)等問題。
四 、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計主要控制要點
1、框架柱傾覆彎矩及0.2Q調(diào)整系數(shù):
(1)框架剪力墻結(jié)構(gòu)中框架柱傾覆彎矩控制及計算:根據(jù)《高規(guī)》第8.1.3條、《抗規(guī)》第6.1.3條規(guī)定,框架剪力墻結(jié)構(gòu),在基本振型地震作用下,框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩大于總地震傾覆力矩的50% ,其框架部分的抗震等級應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定,柱軸壓比限值宜按框架結(jié)構(gòu)采用,其最大適用高度和高寬比限制可比框架結(jié)構(gòu)適當(dāng)增加。
本工程E1由PKPM計算得出的結(jié)果為:
本工程由PKPM得出的柱傾覆力矩均小于總地震傾覆力矩的50%。此結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。
(2) 0.2Q0調(diào)整
根據(jù)《抗規(guī)》第6.2.13條規(guī)定,側(cè)向剛度沿豎向分布基本均勻的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和框架核心筒結(jié)構(gòu),任一層框架部分的地震剪力值,不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的20%和按框架剪力墻結(jié)構(gòu)、框架核心筒結(jié)構(gòu)計算的框架部分各樓層地震剪力中最大值1.5倍二者的較小值,對于框架剪力墻結(jié)構(gòu),一般由剪力墻吸引了大量的地震力,而框架部分所承擔(dān)的地震力較小,其主要目的是為了保證框架部分在地震作用下的抗剪能力。
本工程由PKPM計算得出的結(jié)果為:
本工程各個樓層均按0.2Qox、0.2Qoy進(jìn)行調(diào)整,各個樓層不滿足上值時均乘以不同的調(diào)整系數(shù)來滿足規(guī)范要求。
2、位移及位移比:
位移比主要為控制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性,以避免產(chǎn)生過大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。見《抗規(guī)》第3.4.2條, 《高規(guī)》第4.3.5條及相應(yīng)的條文說明。位移比不滿足主要是結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則、質(zhì)量與剛度偏心和抗扭剛度太弱引起的,應(yīng)調(diào)整改變結(jié)構(gòu)平面布置,減小結(jié)構(gòu)剛心與形心的偏心距;同時在設(shè)計中,應(yīng)在構(gòu)造措施上予以加強。本工程由于地下室頂板中間有一萬多平米的下沉式廣場整體剛度較弱不能作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端。依據(jù)抗震審查意見為了減少多塔效應(yīng)對地下室頂板的不利影響應(yīng),盡量把首層位移控制在接近1/2000范圍內(nèi),主要通過以下手段使地上一層位移接近1/2000:
1增加地下室剪力墻數(shù)量;
2適當(dāng)加大底部加強區(qū)核心筒及周邊剪力墻的厚度;
3加大首層梁、柱截面尺寸。
為了保證結(jié)構(gòu)的抗扭剛度,我們又必須保證結(jié)構(gòu)周邊有足夠剛度就需在不影響建筑使用空間的前提下在結(jié)構(gòu)周邊布置剪力墻增加結(jié)構(gòu)周邊的剛度,同時通過加大結(jié)構(gòu)周邊梁的截面尺寸來保證結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。
本工程由PKPM得出的結(jié)果如下:
1)最大位移角(《高規(guī)》第4.6.3條框架—剪力墻最大值層間位移角≤1 /800)
X方向最大值層間位移角: 1 /963 首層位移角:1/1839
Y方向最大值層間位移角: 1 /967 首層位移角:1/1832
2)最大位移比(《高規(guī)》第4.3.5條最大位移層間位移和與層平均值的比值A(chǔ)級高度高層建筑不宜大于1.2,不應(yīng)大于1.5的規(guī)定;B級高度高層建筑不宜大于1.2,不應(yīng)大于1.4的規(guī)定。)
X方向最大層間位移與平均層間位移的比值: 1.16
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計;框架剪力墻;結(jié)構(gòu)布置;計算分析
1.框架剪力墻結(jié)構(gòu)布置
(1)雙向抗側(cè)力體系和剛性連接。框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻是主要的抗側(cè)力構(gòu)件。結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向均應(yīng)市置剪力墻,并應(yīng)設(shè)計為縱、橫雙向剛接框架體系,盡可能使兩個方向抗側(cè)力剛度接近,除個別節(jié)點外,不應(yīng)采用鉸接。如果僅在一個主軸方向布置剪力墻,會造成兩個主軸方向的抗側(cè)剛度懸殊,無剪力墻的一個方向剛度不足且?guī)в屑兛蚣艿男再|(zhì),與有剪力墻的另一方向不協(xié)調(diào),也容易造成結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)。主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的連接剛性,目的是為了保證整體結(jié)構(gòu)的幾何不變和剛度的發(fā)揮;同時,較多的贅余約束對始構(gòu)在大震下的穩(wěn)定性是有利的。
(2)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)是通過剛性樓、屋蓋的連接,將地震作用傳遞到剪力墻,保證結(jié)構(gòu)在地震作用下的整體工作的。因此,剪力墻之間的距離不宜過大,否則,兩墻之間的樓蓋會不能滿足平面內(nèi)剛性的要求,造成處于該區(qū)間的框架不能與鄰近的剪力墻協(xié)同工作而增加負(fù)擔(dān)。為了保證樓、屋蓋的剛性,剪力墻之間無大洞口的樓屋蓋長寬比不宜超過規(guī)范要求。當(dāng)兩墻之間的樓蓋開大洞時,該段樓蓋的平面剛度更差,墻的間距應(yīng)再適當(dāng)縮小。
(3)樓板開洞處理。當(dāng)建筑無可避免地采取樓板開洞時,則應(yīng)盡可能避免在剪力墻兩側(cè)樓板全部開洞或開大洞,對剪力墻結(jié)構(gòu)是如此,對框架—剪力墻結(jié)構(gòu)更是如此。兩側(cè)樓板全部開洞的剪力墻,計算中可能認(rèn)為它已發(fā)揮作用,但由于沒有樓板的協(xié)同工作,水平力并不能有效地傳遞至此片剪力墻土,實際受力完全不是那回事,造成其他墻肢和框架柱實際受力比計算值大。同時應(yīng)通過正確的計算分析,適當(dāng)折減其抗側(cè)力剛度。
2.結(jié)構(gòu)計算分析要點
框架剪力墻結(jié)構(gòu)的計算應(yīng)考慮框架與剪力墻兩種不同結(jié)構(gòu)的不同受力特點,按兩者變形協(xié)調(diào)工作特點進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。即使是很規(guī)則的結(jié)構(gòu),也不應(yīng)將結(jié)構(gòu)切榀,簡單地按二維平面結(jié)構(gòu)(平面框架和壁式框架)進(jìn)行計算。不應(yīng)將樓層剪力按某種比例在框架與剪力墻之間分配。框架剪力墻結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的三維空間受力體系,計算分析時應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實際情況,選取較能反映結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的實際受力狀況的力學(xué)模型。對于平面和立面布置簡單規(guī)則的框架—剪力墻結(jié)構(gòu),宜采用空間分析模型,可采用平面框架空間協(xié)同模型,對布置復(fù)雜的框架—剪力墻結(jié)構(gòu),應(yīng)采用空間分析模型。另外,對于框架—剪力墻結(jié)構(gòu)由于填充墻數(shù)量較框架結(jié)構(gòu)少,而比剪力墻結(jié)構(gòu)多,因此其周期折減系數(shù)應(yīng)選取介于兩者之間。結(jié)合工程實踐經(jīng)驗,對于一般情況下當(dāng)填充墻較多時,周期折減系數(shù)可取0.7-0.8,填充墻較少時,周期折減系數(shù)可取0.8-0.9。
需要注意的是;隨著建筑形式的多樣化,框架校的數(shù)量沿豎向有時會有較大的變化,考慮到若某樓層段突然減少了較多框架柱,按結(jié)構(gòu)基底總剪力Vo來調(diào)范柱剪力時,將使這些樓層的單根柱承擔(dān)的剪力過大,這顯然是不合理的,故《高規(guī)》規(guī)定允許分段進(jìn)行調(diào)整,即當(dāng)某樓層段柱根數(shù)減少時,則以該段為調(diào)整單元,取該段最底一層的地震剪力為其該段的底部總剪力;該段內(nèi)各層框架承擔(dān)的地震總剪力中的最大值為該段的Vfmax。在單片剪力墻的邊框桿,墻平面內(nèi)是墻體的組成部分,不再按框架柱考慮;墻的平面外邊框柱屬于框架框,支承框架梁并共同組成抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。邊框柱在墻平面內(nèi)按墻計算確定縱向鋼筋,平面外按框架柱計算確定縱向鋼筋,并滿足構(gòu)造所需最小配筋率。特一、一、二級抗震等級的剪力墻,在底部加強部位的邊框柱,尚應(yīng)滿足約束邊緣構(gòu)件的箍筋和縱向鋼筋構(gòu)造要求。
3.工程實例
某辦公樓大廈地下3層(地下一層局部沒有夾層)、地上由東、西兩位高層建筑組成,東樓平面呈扇貝形,共18層,檐口高度74.0m;西樓平面呈矩形,共22層,搪口高度90.0m。總建筑面積約120000m2。主體結(jié)構(gòu)平面柱網(wǎng)主要為9m×9m、9m×8m兩種。
本工程主體采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)防烈度為8度,抗震設(shè)防類別為丙類,場地土為中硬場地土,場地類別為II類,建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級,地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級,地下室防水等級為二級。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》,剪力墻抗震等級為一級,框架抗震等級為一級。為有效地滿足業(yè)主對建筑物室內(nèi)凈高保證2.8m的要求,綜合比較后采用寬扁梁樓蓋方案。本工程建筑布置給結(jié)構(gòu)設(shè)計造成相當(dāng)難度,因此結(jié)構(gòu)整體計算在結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中顯得更為重要。通過計算分析對結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行了反復(fù)調(diào)整,選用了經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件截面尺寸。結(jié)構(gòu)整體計算達(dá)到了以下三個目的:(1)根據(jù)建筑物的自振周期、位移及地震效應(yīng)判斷結(jié)構(gòu)方案的合理性;(2)得出各構(gòu)件的內(nèi)力以及配筋,以判斷構(gòu)件截面的合理性;(3)根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析判定結(jié)構(gòu)受力的德弱部位,并在設(shè)計中采取加強措施。
東、西樓由于建筑物使用功能的需要,其剪力墻核心筒設(shè)置偏置一側(cè),并且在其他部位不允許設(shè)置剪力墻,造成剪力堵布置過于集中,建筑物的質(zhì)心與剛心偏移較大,給結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算帶來很大困難。經(jīng)與建筑專業(yè)協(xié)商,在不影響使用功能的前提下,增加了剪力墻的數(shù)量(如將西樓靠走道一例的管道井外墻均調(diào)整為剪力墻,將東樓南北兩端樓梯間四軸剪力堵延伸至軸線),同時調(diào)整了部分剪力墻的厚度(如將西樓南側(cè)樓梯間外墻由400mm厚調(diào)整至600mm厚),通過結(jié)構(gòu)布置改善主體結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),提高結(jié)構(gòu)的抗震性能及抗側(cè)移剛度。
本工程結(jié)構(gòu)整體計算采用中國建筑科學(xué)研究院編制的多層及高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與設(shè)計軟件SATWE,計算時考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)的影響。考慮模擬施工分層加載,振型數(shù)取18個,采用側(cè)剛分析方法。計算結(jié)果表明,本結(jié)構(gòu)整體剛度在X方向較好,Y方向稍差。兩幢樓剪力墻在X方向承擔(dān)了總傾覆力矩的80%以上,Y方向承擔(dān)了60%以上;西樓在地震作用下Y方向頂點位移絕對值偏大,最大層間位移接近規(guī)范限位。計算結(jié)果還表明,東樓第5、7、9振型,西樓第7、9振型以扭轉(zhuǎn)為主,說明雖然對剪力墻布置、數(shù)量、厚度進(jìn)行了調(diào)整,但扭轉(zhuǎn)效應(yīng)仍不可避免,還應(yīng)在設(shè)計中予以解決。總體來說各項結(jié)果均在正常范圍以內(nèi),滿足規(guī)范要求,并符合以下規(guī)律:(1)柱、剪力墻的軸力設(shè)計值均為壓力;(2)柱、剪力墻基本為構(gòu)造配筋;(3)梁基本無超筋,剪力墻、連梁均滿足截面抗剪扭的要求。
1.1工程概況
某由框架剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)成的高層建筑位于河北境內(nèi),該建筑的總建設(shè)面積以達(dá)到五千五百平方米,建筑總高度已經(jīng)達(dá)到了一百米。該建筑總共為二十九層,包括一層地下室,三層商務(wù)樓、兩層辦公樓以及二十三層住宅空間。其中地下一層可用作水泵設(shè)備用房、車庫以及人防用房。本工程項目具有工期緊、樓層高等特點,再加上施工步驟較為繁瑣,需要非常多的混凝土等,所以為了在工期內(nèi)保質(zhì)保量完工,需要有效解決各施工技術(shù)問題,保證建筑施工質(zhì)量。
1.2框架剪力墻結(jié)構(gòu)具體施工技術(shù)探析
1.2.1放線測量施工
放線測量工作的準(zhǔn)確度以及質(zhì)量直接影響到整個框架剪力墻結(jié)構(gòu)的建設(shè)質(zhì)量,同時也與施工圖紙的繪制準(zhǔn)確度息息相關(guān)。所以為了保證放線測量施工質(zhì)量首先應(yīng)選擇具有一定經(jīng)驗的技術(shù)人員進(jìn)行放線測量施工;放線測量所使用的測量設(shè)備儀器必須要符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),并且能正常運轉(zhuǎn),同時性能良好,另外在使用測量設(shè)備儀器之前還需對測量設(shè)備儀器進(jìn)行全面的檢查,并對測量設(shè)備儀器進(jìn)行校準(zhǔn),保證測量質(zhì)量;在測量工作完成之后,需將測量結(jié)果記錄下來,然后進(jìn)行第二次放線測量工作,如果兩次測量結(jié)果一致、相同可確定測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠,如不同還需進(jìn)行多次測量,并對原因進(jìn)行查找。
1.2.2鋼筋項目施工方法探析
由于本建筑工程項目主要由框架剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)成,所以在對框架剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工建設(shè)時,為了保證施工質(zhì)量,需做好鋼筋布設(shè)施工。在進(jìn)行鋼筋施工時,由于需要用非常多的、形狀、規(guī)格不一的鋼筋材料,像是直徑為十二毫米或者是十八毫米的三級鋼、八毫米或者是六毫米的一級鋼等等,所以為了保證鋼筋施工質(zhì)量,首先要保證原材料質(zhì)量。其次在進(jìn)行鋼筋施工時,常常會出現(xiàn)各種問題,如因為鋼筋節(jié)點布設(shè)密集度過高,因此在鋼筋的安裝以及澆筑環(huán)節(jié),極易出現(xiàn)鋼筋節(jié)點位移問題等等。為了解決這一問題,需首先做好箍筋框的固定施工。也就是鋼筋工程施工階段,需以實體為基礎(chǔ)開展放樣施工,或者是通過模具的定制、使用來開展加工工作。像是在開展柱筋與柱筋框結(jié)構(gòu)的放樣定位施工時,可以利用豎直方向以及水平方向的墻體梯格筋對鋼筋位置加以固定,如此就能夠防止鋼筋發(fā)生位移問題;另外還需要明確鋼筋結(jié)構(gòu)的各個梁柱節(jié)點。本工程屬于大型高層建筑,所以需要施工非常多的鋼筋,免不得會出現(xiàn)梁柱節(jié)點密集等問題,所以為了明確各個每個節(jié)點,使每個節(jié)點更為有序,其位置更為準(zhǔn)確,應(yīng)當(dāng)先利用計算機程序根據(jù)現(xiàn)場的實際鋼筋布置情況進(jìn)行繪圖放樣,再將繪制結(jié)果制作大小恰當(dāng)?shù)某赡M樣板,使各個每個節(jié)點的布設(shè)、位置更為清晰,這樣就可以使相關(guān)技術(shù)施工人員更好的建設(shè)、布置鋼筋的梁柱節(jié)點。
1.2.3混凝土項目的施工方法淺析
混凝土作為框架剪力墻結(jié)構(gòu)不可缺少的組成部分,只有保證混凝土施工質(zhì)量,才能夠提升框架剪力墻結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量。為了提升混凝土施工質(zhì)量,需做好以下幾點:由于本工程處于北方地區(qū)所以為了防止地基基礎(chǔ)受到凍害的影響,所以需要在地基里增加應(yīng)用防凍害物質(zhì),提升地基基礎(chǔ)的抗凍害性能,使施工能夠按照工期順利進(jìn)行。在選擇混凝土原材料的時候,由于受到季節(jié)因素的影響,可以將適當(dāng)?shù)姆纼鲆悍湃氲交炷敛牧现校乐够炷脸霈F(xiàn)凍害問題。粉煤灰作為摻合料的一種,在配置混凝土材料的過程中,可以將適當(dāng)?shù)姆勖夯覔饺脒M(jìn)混凝土之中。這是因為粉煤灰能夠促使混凝土之中的水泥水化速度下降,進(jìn)而減少混凝土結(jié)構(gòu)表層以及內(nèi)部的溫差大小,達(dá)到降低混凝土壓力差的目的,有效避免了混凝土開裂問題的出現(xiàn)。對于制作構(gòu)件的混凝土材料,將其放入模子之后,需放置在防水、防潮的區(qū)域,并在混凝土已經(jīng)成型同時堅固度以及強度達(dá)到規(guī)定要求之后才能拆模,防止混凝土構(gòu)件發(fā)生變形問題;對于用于施工建設(shè)的混凝土材料,在投入使用之前需要對其中砂石的含水量進(jìn)行測定,并根據(jù)測定結(jié)構(gòu)確定配比合。在對混凝土進(jìn)行攪拌施工時,需依次放入石子、砂以及水泥等原材料,并確定混凝土攪拌均勻后才能夠投入使用。在進(jìn)行混凝土的澆筑施工時,需根據(jù)澆筑次序開展?jié)仓┕ぃ簿褪窍冗M(jìn)行強度高或者是等級高的混凝土澆筑施工,再進(jìn)行強度小或者是等級低的混凝土澆筑施工,以增強混凝土的整體澆筑水平。
1.2.4結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層部位的施工建設(shè)
由于本工程建設(shè)項目將第三層,也就是商務(wù)層的最頂層設(shè)置為轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu),并將梁的最大跨度設(shè)置成8.3米,并將梁的高度控制在0.8米到1.7之間。由于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)用了大量的混凝土,同時該層的鋼筋穿插情況也非常的復(fù)雜。由于本工程的整體性要求比較高,所以需要使用連續(xù)施工方法,對轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的混凝土進(jìn)行澆筑,從而導(dǎo)致施工難度大增。為了提升施工的安全性、有效性,需根據(jù)工程實況設(shè)置、使用特殊的支撐系統(tǒng),具體內(nèi)容如下:梁底模板應(yīng)當(dāng)選用厚度大小在二十毫米左右的膠合板,這樣才能夠滿足工程需求以及設(shè)計要求,另外應(yīng)使用厚度大小在二十毫米左右的厚膠合板制作梁側(cè)模板。梁底模板的支撐程度以及效果直接決定著以及影響著整個轉(zhuǎn)換層施工的可靠性以及安全性,可以說是轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)必不可少的組成部分,所以在進(jìn)行這部分工程的施工時,首先應(yīng)制造模板的豎向支撐結(jié)構(gòu),也就是應(yīng)用組合門式鋼架結(jié)構(gòu)制作大梁底模板,然后用方木托起模板,最后順著梁的長方向?qū)﹂T架進(jìn)行安裝布置,需注意的是門架之間的距離最好應(yīng)保持在五百毫米,以確保支撐系統(tǒng)的強度以及穩(wěn)定性。另外由于本工程的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工需要使用連續(xù)施工方法來澆筑混凝土,所以側(cè)模部位會受到一個非常大的作用力,若在澆筑之前沒有牢固安裝側(cè)模,則側(cè)模發(fā)生爆板問題的幾率會大大上升,這時需要使用方木以及拉螺桿牢牢固定側(cè)模板。另外本工程選用的是長度為一百毫米以及寬度為五十毫米的方木,與直徑大小為十二毫米的對拉螺桿。
2、結(jié)語
【摘要】出于對工程造價和抗震安全的需要,框架剪力墻結(jié)構(gòu)形式在我國高層建筑中應(yīng)用廣泛,然而由于采用了不合理的抗震隔震技術(shù),目前我國很多高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)出現(xiàn)輕重不同程度的震害。通過分析層間隔震技術(shù)的基本隔震減震原理,從減震效果、施工難易程度以及工程造價三個角度出發(fā),對比分析了層間隔震與基礎(chǔ)隔震技術(shù)的適用范圍及優(yōu)缺點,并闡述了層間隔震技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景,對于豐富我國高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震減震理論,保證廣大群眾的生命財產(chǎn)安全具有非常重要的理論和現(xiàn)實意義。
【關(guān)鍵詞】高層;框架剪力墻結(jié)構(gòu);層間隔震
1 引言
由于高層建筑可以節(jié)省大面積的建筑用地,減少市政建設(shè)投資,縮短建筑工程工期等優(yōu)點,因此近年來高層建筑在建筑工程中的應(yīng)用日益增多。但是多高層建筑結(jié)構(gòu)與一般建筑不同,它是一種建筑面積、高度、自重大,結(jié)構(gòu)平面布置、受力情況復(fù)雜的特殊性建筑,因此必須正確選擇合理的結(jié)構(gòu)形式,以保證高層建筑的安全、投資和施工進(jìn)度。目前高層建筑中比較常用的結(jié)構(gòu)類型主要有框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu),框架-剪力墻結(jié)構(gòu)就是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量剪力墻的結(jié)構(gòu)體系,不僅使建筑具有相當(dāng)大的剛度來提高建筑物的抗側(cè)能力,還可以提供局部大空間,滿足使用空間的靈活自由,而且相對框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)來說工程造價比較低,抗震效果比較好,因此在我國高層建筑中應(yīng)用廣泛。
隨著高層建筑室內(nèi)外裝修以及附屬設(shè)備設(shè)施造價的提升,傳統(tǒng)的依靠結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身的彈塑性變形和延性來抵御地震作用的抗震理論,已經(jīng)不再適合現(xiàn)代高層建筑的防震設(shè)計,而近年來新出現(xiàn)的“隔震”或“制振”理論,目前在高層建筑中的防震設(shè)計中應(yīng)用廣泛,即在建筑物基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置一個減震系統(tǒng),使地震能量不能夠直接傳遞到建筑物上,從而起到保護(hù)高層建筑結(jié)構(gòu)的作用。目前高層建筑中比較常用的隔震結(jié)構(gòu)主要包括層間隔震和基礎(chǔ)隔震,本文主要分析層間隔震技術(shù)在高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的基本隔震減震原理,然后從減震效果、施工難易程度以及工程造價三個角度出發(fā),對比分析了層間隔震與基礎(chǔ)隔震的優(yōu)缺點,并闡述了層間隔震技術(shù)的廣闊應(yīng)用前景。
2 層間隔震技術(shù)的基本隔震減震原理
層間隔震技術(shù)的基本思想是在高層建筑結(jié)構(gòu)的某一層安裝耗能器,以實現(xiàn)消耗地震能量減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的作用。具體來說就是在高層建筑結(jié)構(gòu)某一層的柱頂與上部樓板之間安裝由質(zhì)量(具體包括增層結(jié)構(gòu)、隔熱層或質(zhì)量塊)和隔震支座(一般為疊層橡膠支座)組成的耗能器,從而有效吸收和消耗地震能量,減少地面運動的向上傳遞,進(jìn)而降低甚至消除原結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。
由于隔震層上部子結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比下部子結(jié)構(gòu)(即原結(jié)構(gòu))小,而且隔震層的水平剛度比上部子結(jié)構(gòu)的層間剛度小也要小很多,使得上部子結(jié)構(gòu)在地震作用下近乎于一種整體平動狀態(tài),因此隔震層的減震效果具體可以用簡化的兩質(zhì)點體系模型進(jìn)行解釋。假設(shè)地震作用下建筑物的層間結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示, 為下部子結(jié)構(gòu)質(zhì)量, 為下部子結(jié)構(gòu)簡化為兩質(zhì)點體系的等效剛度, 為上部子結(jié)構(gòu)的質(zhì)量, 為橡膠隔震支座的剛度, 、 分別為原結(jié)構(gòu)和上部子結(jié)構(gòu)的阻尼, 為地面運動的加速度,、 、 分別為原結(jié)構(gòu)相對于地面運動的加速度、速度和位移, 、 、 分別為上部子結(jié)構(gòu)相對于原結(jié)構(gòu)運動的運動加速度、速度和位移。當(dāng)層間隔震體系為線彈性體系時,那么這一體系的運動微分方程可以用以下方程式表示: , 。從以上公式可以很明顯的看出,地震作用下隔震層與高層建筑建筑結(jié)構(gòu)的上下子結(jié)構(gòu)相互作用,并分擔(dān)了部分建筑本應(yīng)結(jié)構(gòu)承擔(dān)的地震反應(yīng)。
3 層間隔震技術(shù)與基礎(chǔ)隔震的對比分析
基礎(chǔ)隔震技術(shù)出現(xiàn)的比較早,主要通過在建筑物的基礎(chǔ)頂部設(shè)置一套隔震裝置,來增加建筑結(jié)構(gòu)的自振周期,使其遠(yuǎn)離地面運動的卓越周期,以實現(xiàn)保護(hù)上部建筑結(jié)構(gòu)的作用。基礎(chǔ)隔震技術(shù)隔震機理明確,適用于不同地震烈度和抗震等級要求的建筑物,但是由于基礎(chǔ)隔震層除了要具備足夠的豎向剛度、豎向承載力、變形能力、復(fù)位功能、阻尼和初始剛度,還必須具備充分小的水平剛度,這就決定了建筑物的高度不能太大,上、下剛度要分布均勻,因此對于高層框架剪力墻這一上、下剛度突變的建筑物來說,設(shè)置基礎(chǔ)隔震層則不會發(fā)揮明顯的抗震效果。由于隔震層位置上移,層間隔震技術(shù)克服了基礎(chǔ)隔震技術(shù)的缺點,具有其獨特的優(yōu)越性,具體表現(xiàn)在以下幾個方面。
3.1 不用設(shè)置水平隔離縫,設(shè)計、施工方便
由于隔震層的水平剛度很小,在地震發(fā)生時隔震層較其他樓層要發(fā)生較大的位移變形,因此對于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)來說,由于隔震層設(shè)置在了室外地面以下,為了能夠使隔震層能更好的發(fā)揮隔震作用,在上部建筑結(jié)構(gòu)的周邊應(yīng)設(shè)置防震縫,而且在上部結(jié)構(gòu)與地面之間還要設(shè)置水平隔離縫或水平滑移墊層。但是對于層間隔震結(jié)構(gòu)來說,由于隔震層設(shè)置在建筑物某一層的柱頂上,這樣就使地震時建筑結(jié)構(gòu)的大變形位置上移到了地面以上甚至空中,從而消除對于預(yù)留空間的顧慮,方便了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工。
3.2 隔震層頂部無需加設(shè)梁板式樓蓋,節(jié)約工程成本
為了增加隔離層樓蓋的梁板剛度和承載力,對于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)來說,需要在隔震層頂部增設(shè)一層很厚的梁板式樓蓋,這樣就增大了結(jié)構(gòu)自重,增加施工成本。但是對于層間隔震結(jié)構(gòu)來說,則不需要另外加設(shè)這一梁板式樓蓋,只是將結(jié)構(gòu)原來的樓蓋按隔震要求設(shè)計即可,這樣就減小了隔震層上部結(jié)構(gòu)自重,減少了隔震層支座的數(shù)量和尺寸,進(jìn)而節(jié)約了加設(shè)梁板式樓蓋和隔震支座的費用,節(jié)約了高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的施工成本。
3.3 可有效利用結(jié)構(gòu)增層或隔熱層進(jìn)行隔震,增加高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力
由于層間隔震結(jié)構(gòu)隔震層位置設(shè)置的特殊性,因此高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的增層或隔熱層在進(jìn)行適當(dāng)改建之后,可以做成隔震層,使其在發(fā)揮原有功能的同時,承擔(dān)了部分隔震減震作用,成為了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的第二道防線。這種方法簡單方便,在節(jié)約工程成本的基礎(chǔ)上,大大提高了高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力。
4 結(jié)束語
目前層間隔震技術(shù)還沒有形成系統(tǒng)的設(shè)計方法,因此在我國高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的還不夠廣泛,但是據(jù)統(tǒng)計層間隔震技術(shù)的隔震效果一般在10%~40%之間,雖然小于基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu),然而對于高層框架剪力墻這一結(jié)構(gòu)自重大、剛度分布不均的結(jié)構(gòu)來說特別適用,不僅會滿足建筑結(jié)構(gòu)高度、剛度等方面的要求,還能提高其隔震減震能力。因此高層建筑工程的設(shè)計和施工人員應(yīng)合分析擬建場地的巖土性質(zhì)、上部結(jié)構(gòu)特點等因素,進(jìn)行高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的隔震技術(shù)選擇和設(shè)計,充分滿足現(xiàn)行規(guī)范允許的強度、剛度和延性的要求,從而保證高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。
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